反滲透鉆井液在東海高壓井的優化與應用

佘運虎

（中海油服油田化學事業部上海作業公司，上海 200035）

東海油氣田蘊藏著豐富的油氣資源[1]，但是在前期的開發過程中時常出現井壁失穩等井下復雜情況[2]。針對該現象，現場與室內聯動，根據油基活度平衡原理，研究出了反滲透鉆井液，目前已在東海油氣田應用十余口井[3]，有效解決了東海油氣田龍井組、花崗組的井壁穩定問題。同時，鉆井過程中氣測活躍，試氣滿足甚至超過配產，顯示出良好的儲層保護效果[4]。

隨著油氣田開發的進行，井深不斷增大，下部地層壓力系數有抬升的趨勢，對于水基鉆井液，高密度下易出現增稠、流變性不易調控[5]、泥餅質量變差[6]、濾失量增大等現象。高密度條件下需要針對鉆井液處理劑種類及加量，對反滲透鉆井液進行優化，進一步提高反滲透鉆井液的適應性能，為反滲透鉆井液規?；瘧锰峁├碚撘罁图夹g支撐。

1 現場存在問題及技術對策

1.1 現場存在問題

（1）安全密度窗口窄：由于地層壓力系數高，為了平衡地層壓力，反滲透鉆井液密度需要略高于地層孔隙壓力系數；而對于薄弱地層，其漏失壓力系數/破裂壓力系數又較低，提高反滲透鉆井液密度的過程中容易壓漏地層[7]。

（2）反滲透鉆井液流變性不易調控：在對反滲透鉆井液進行加重的過程中，反滲透鉆井液中重晶石的比例不斷增加，反滲透鉆井液固體質量分數增大[8]，固相與反滲透鉆井液接觸面積不斷增大，界面摩擦力增大導致泥漿明顯增稠。

（3）泥餅質量變差：泥餅本質上是反滲透鉆井液在井壁表面“過濾”后截留的固相，當反滲透鉆井液中重晶石含量增多時，泥餅中的重晶石比例也會增大[9]，導致反滲透鉆井液處理劑含量變小，泥餅質量變差，濾失量增大。

1.2 技術對策

針對現場可能出現的問題，計劃采取以下措施：

（1）增強反滲透鉆井液護膠作用[10]，穩定黏土膠體結構，同時考慮到高壓地層通常埋藏較深，成巖作用時間長，巖屑分散性不強，可適當減少包被劑加量，防止反滲透鉆井液黏切增長過快。

（2）加入封堵劑改善泥餅質量，特別是以重晶石為主要骨架結構下的粒徑級配，填充泥餅之間的細微孔隙，提高泥餅的封堵效果[11]。

（3）工程上，采用控壓鉆進[12]，在井口施加回壓，在不改變反滲透鉆井液的前提下能夠提高井底當量密度，平衡地層壓力，目前最高可附加井底0.1 g/cm3的當量密度，為反滲透鉆井液性能調控留出更多空間。

2 高密度反滲透鉆井液室內評價

2.1 包被劑優選

包被劑的主要作用是通過大分子在巖屑表面吸附纏繞，抑制巖屑分散，控制反滲透鉆井液中低密度固體質量分數的增大。但是由于大分子自身的黏度效應，加量過高時，容易造成反滲透鉆井液黏度上漲。通過在反滲透鉆井液中加入不同種類及加量的包被劑，評價反滲透鉆井液的流變性（表1）及鉆屑熱滾回收率（表2），對包被劑的種類及加量進行優選。

表1 不同包被劑加量下反滲透鉆井液性能

表2 不同包被劑加量下鉆屑熱滾回收率

基礎配方：2.00%海水膨潤土漿+0.15%Na2CO3+0.30%NaOH+0.30%PAC-LV+2.00%PF-SMP-HT+2.00%PF-SPNH-HT+2.00%PF-LSF+2.00%HMF+3.00%PF-HGW-1+2.00%PF-HSM+8.00%PF-HBA+2.00%PF-LUBE168+12.00%NaCl+10.00%甲酸鉀+0.10%PFXC 加重至1.50 g/cm3。

結合表1 及表2 可以看出，由于反滲透鉆井液中的鹽及鍵合劑均能夠對鉆屑起到抑制分散的作用，包被劑加量增加時反滲透鉆井液抑制性提升幅度有限，但反滲透鉆井液黏度，特別是塑性黏度上漲明顯。同時考慮到下部鉆遇地層成巖作用強，自身分散性較弱，優選包被劑種類及加量為0.50%PF-PLUS。

2.2 不同密度下性能評價

考慮到反滲透鉆井液需要平衡深部地層異常高壓，評價反滲透鉆井液在不同密度，特別是高密度下流變性及濾失量，結果見表3。從表3 可以看出，反滲透鉆井液在各密度下流變性均比較穩定，但是反滲透鉆井液密度過高時，由于重晶石加量增長明顯，處理劑相對含量降低，反滲透鉆井液濾失量有增大趨勢，需要進一步進行降濾失劑加量的優選。

表3 不同密度下反滲透鉆井液性能

2.3 降濾失劑加量優選

提高磺化材料PF-SMP-HT、PF-SPNH-HT 加量，改善泥餅質量，降低反滲透鉆井液濾失量，不同加量下反滲透鉆井液性能見表4。優選磺化材料加量在3.00%+3.00%～4.00%+4.00%，控制反滲透鉆井液API 濾失量小于3.0 mL，高溫高壓濾失量在10.0 mL 以內。

表4 不同降濾失劑加量下反滲透鉆井液性能

2.4 抗污染性能

鉆井過程中，反滲透鉆井液會被地層水（主要是水中的鈣、鎂離子）、鉆屑等污染，因此，需要評價反滲透鉆井液的抗污染性能。室內在反滲透鉆井液中加入CaCl2、MgCl2、鉆屑粉，評價反滲透鉆井液性能變化。實驗結果見表5，從表5 可以看出，加入污染物后反滲透鉆井液性能保持穩定。

表5 不同污染物下反滲透鉆井液的抗污染性能

3 現場應用情況

3.1 S4 井基本情況

S4 井位于東海海域，距上海市東南約412 km，距浙江岱山約300 km，構造位置在西湖凹陷平湖斜坡帶南部。本井是一口開發評價井，完鉆井深4 650 m，完鉆層位為平湖組P12。該井主要目的層為P8～P12，次要目的層為花崗組H6、平湖組P2。

3.2 反滲透鉆井液流變性能

反滲透鉆井液在二開311.150 mm（密度1.33～1.50 g/cm3）、三開212.725 mm（密度1.50～1.64 g/cm3）、四開149.225 mm（密度1.64～1.79 g/cm3）井段成功應用，反滲透鉆井液性能見圖1。在各開次鉆井過程中，反滲透鉆井液性能保持穩定，動切力在10 Pa 左右，塑性黏度在60 mPa·s 以內，滿足反滲透鉆井液的設計需求。

圖1 作業過程中反滲透鉆井液性能變化情況

3.3 抑制性及濾失造壁性

鉆井過程中鉆屑返出情況及API 泥餅見圖2、圖3。在3 968 m 處鉆屑齒痕清晰，形狀完整，棱角分明；在4 524 m 處由于深部地層較硬，鉆屑細碎，但邊緣無水化跡象，說明在整個鉆井過程中，反滲透鉆井液均保持良好的抑制性能。

圖2 3 968 m 鉆屑返出及泥餅

圖3 4 524 m 鉆屑返出及泥餅

API 濾失量均在2.0 mL 以內，泥餅厚度1 mm，濾失造壁性能好，作業過程中未發生井壁失穩等井下復雜情況。

3.4 儲層保護性能

反滲透鉆井液以1.51 g/cm3密度鉆至4 140 m 時，模擬單根氣22.3%，提密度至1.55 g/cm3，起鉆取心，取心長度18 m，收獲率100%，巖心截面干凈（圖4），未見反滲透鉆井液及濾液侵入，顯示出十分優良的儲層保護性能。

圖4 取心截面

4 結論

（1）根據現場高壓井作業需求，在室內對反滲透鉆井液在高密度條件下的包被劑種類及加量、降濾失劑加量進行了優化，在2.00 g/cm3密度下，塑性黏度在45 mPa·s 以內，高溫高壓濾失量小于10.0 mL，且性能穩定，抗污染能力強。

（2）現場S4 井應用結果顯示，反滲透鉆井液應用井段流變性能穩定，濾失量低，井徑規則，儲層保護效果好，能夠滿足東海深部高壓井鉆井作業需求，具有推廣應用前景。